專利名稱:鉆石底半導(dǎo)體裝置及形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括超硬材料的半導(dǎo)體裝置，如鉆石或類鉆材料，以及形成這種裝置的方法。更進一步地，本發(fā)明利用氣相沉積來制造包括鉆石材料的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
鉆石或類鉆材料有很多特性，如耐磨、導(dǎo)熱、電絕緣、可傳導(dǎo)聲音，不易被腐蝕，使得它們適于各種工業(yè)應(yīng)用。為此，鉆石或類鉆材料被用于制成用于各種用途的工具，如鋸條、鉆頭以及如表面聲波篩檢程式之電子裝置。將鉆石及類鉆材料制成工具的方法包括一些已知的制程，如化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)。
各種CVD技術(shù)已經(jīng)用于有關(guān)將鉆石或類鉆材料沉積在基層上的制程。典型的CVD技術(shù)用氣體反應(yīng)物在涂層或膜上沉積鉆石或類鉆材料。這些氣體通常包括少量的含碳氣體(例如低于5％)，如用氫氣稀釋的甲烷。多種專門的CVD過程，包括設(shè)備和條件，都是本技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)熟知的。
在用CVD技術(shù)在基層上形成鉆石或類鉆材料的涂層，大量的鉆砂，或“顆粒”可能會先掉落在基層上。在運用CVD技術(shù)本身的時候，使用比如施加偏置電壓、拋光微米級的鉆石、或領(lǐng)域內(nèi)其他熟知的方法，這個“顆?！钡牡袈溥^程有可能完成。隨著碳蒸氣在基層上沉積，這些“顆粒”就像鉆石核一樣運動，促進鉆石層從基層向外形成。結(jié)果，這個鉆石層的形成邊界在粒度上變得越來越粗糙，最終要被磨光和拋光成光潔表面，比如通過機械手段，使得它適合各種工業(yè)應(yīng)用。但是，因為鉆石或類鉆材料是屬于最硬的材料種類，這樣的材料磨光和拋光不但困難，而且緩慢。進一步地，這種拋光的成本通常超過了制作鉆石膜本身的成本。另外，機械拋光不可避免地會導(dǎo)致細微裂縫或是鉆石表面的變化。這種裂縫和變化對特定的應(yīng)用而言是有害的。
這種半導(dǎo)體工業(yè)最近擴展到了制造絕緣半導(dǎo)體裝置(SOI)。這些裝置使得基層和其上任何數(shù)目的有用半導(dǎo)體裝置之間電氣絕緣。典型而言，這些半導(dǎo)體裝置包括一些絕緣層，這些絕緣層導(dǎo)熱性較差、高度熱擴張不協(xié)調(diào)以及/或硅或其他材料外延形成有困難。根據(jù)其中的一些困難，人們作了一些努力，將鉆石作為絕緣層而取得了一些成功。然而，這種絕緣半導(dǎo)體裝置在之后的加工中仍然很受益，如降低制造成本，性能更好等。
同樣地，提高性能并減少制造成本的SOI裝置和制造包括SOI裝置的鉆石的方法仍然在探索中。

發(fā)明內(nèi)容相應(yīng)地，本發(fā)明提供一種鉆石底半導(dǎo)體裝置(SOD)和制造這種裝置的方法，可處理上述提到的困難。同樣地，本發(fā)明裝置和方法能夠提供具有改良的絕緣性能的SOD裝置，特別適合用于絕緣半導(dǎo)體等裝置。
一方面，本發(fā)明的SOD裝置可包括一個基層，其上具有一個被動的鉆石層。該被動鉆石層的裝置表面系遠離基層。進一步地，一半導(dǎo)體層可結(jié)合到鉆石層的設(shè)備表面。該半導(dǎo)體層可直接形成在中間層上或其他的中間層上。
在一種情況中，該半導(dǎo)體層可通過一中間層連接，該中間層材料如氮化鋁，氮化鉻，硅，碳化硅，氮化硅，碳化鎢，氮化鎵，類鉆碳和以上之復(fù)合物。
在一種更詳細的情況中，該半導(dǎo)體層的表面厚度(Ra)可從約1nm到約1μm間。
通常而言，根據(jù)本發(fā)明制造SOD裝置的方法開始是提供一模具，該模具的介面構(gòu)造系相反地對應(yīng)鉆石SOD裝置的裝置表面的構(gòu)造。一被動鉆石層可利用氣相沉積技術(shù)形成于模具的鉆石層介面。隨著鉆石形成，該被動鉆石層會有一形成面相對于裝置表面，該形成面結(jié)合于基層或支撐層。一半導(dǎo)體層也可結(jié)合于裝置表面。
在一個實施例中，可去除至少一部分模具。在有些情況中，模具可被削薄以形成半導(dǎo)體層和/或中間層。這樣該模具的材料選擇要適合于結(jié)合最終的SOD裝置。選擇性地，該模具也可以完全的去除以于曝光后鉆石裝置表面形成半導(dǎo)體層及選擇性的中間層。
在另一個可替換的情況中，一種制造SOD裝置的方法包括提供一具有一介面的模具。一被動鉆石層可通過氣相沉積形成于該介面上，該被動鉆石層具有一相對于該介面的形成面。一半導(dǎo)體層可結(jié)合于該鉆石層的形成面上。
這只是概要、廣泛的描述，本發(fā)明更重要的特征將于以下進行更詳細的描述以更佳的理解，這樣對技術(shù)的貢獻也可更好地得到評量。本發(fā)明的其他特征于以下的詳細描述中，伴隨相應(yīng)的圖式和申請專利范圍，或相應(yīng)的實施例，將會更加的清楚。
圖1是本發(fā)明一實施例的SOD裝置的側(cè)剖面圖。
圖2是本發(fā)明一可替換實施例的SOD裝置的側(cè)剖面圖。
圖3A到3D是表示本發(fā)明制造SOD裝置的一種方法的側(cè)剖面圖。
圖4A到4C是表示本發(fā)明另一制造SOD裝置方法的側(cè)剖面圖。
具體實施方式圖1是本發(fā)明一實施例的SOD裝置的側(cè)剖面圖。圖2是本發(fā)明一可替換實施例的SOD裝置的側(cè)剖面圖。圖3A到3D是表示本發(fā)明制造SOD裝置的一種方法的側(cè)剖面圖。圖4A到4C是表示本發(fā)明另一制造SOD裝置方法的側(cè)剖面圖。以上圖式只是用于例證目的，真實層的尺寸和特征可能與圖式有出入。
在揭露及敘述本發(fā)明之前，吾人應(yīng)知本發(fā)明并不限于此揭露的特定結(jié)構(gòu)、過程步驟或材料，其可延及到相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)普通技術(shù)人員所能理解的相當(dāng)技術(shù)。吾人更應(yīng)所知的，在此用到的術(shù)語僅是為了描述特定的實施例，而并非用以限制。
需要注意的一點是，在說明書和相應(yīng)的申請專利范圍中，單數(shù)形式“一個”和“這個”是亦包括復(fù)數(shù)的物件，除非前后文有明確的說明。例如，提到“一個中間層”是包括一個或多個這樣的層，提到“一個碳源”包括一個或多個這樣的碳源，提到“CVD技術(shù)”包括一個或多個這樣的技術(shù)。
定義在對本發(fā)明的描述和申請專利范圍中，將根據(jù)如下定義用到以下術(shù)語。
這里所提到的“超硬(super hard)”和“耐磨的(superabrasive)”可交替使用，指的是任何結(jié)晶的，或多晶的，或他們混合的材料，其莫氏硬度在8左右或更高。在某些方面，其莫氏硬底可能會達到9.5或更高。這樣的材料包括但不限于鉆石、多晶鉆石(PCD)、立方氮化硼、多晶立方氮化硼(PCBN)，還有其他一些本領(lǐng)域內(nèi)熟知的超硬材料。超硬材料可以多種形式應(yīng)用在本發(fā)明中，像微粒、粗砂、薄膜、涂層等。
這里所提到的“基層”指的是無鉆石表面，各種材料都可以在其上形成SOD裝置。該基層可為任何形狀、厚度或材料，依需求以對應(yīng)能得到特定的結(jié)果，并且包括但并不限于金屬、合金、陶瓷，或是上述材料的混合。進一步地，在某些方面，基層本身就是就一種現(xiàn)成的半導(dǎo)體裝置或晶片，或者可能是一種用于適合的裝置材料。在一些另外的方面，基層可能是一種曾結(jié)合于被動鉆石層的材料，有足夠的完整性來防止涂層離開模具后改變形狀。
這里所提到的“金屬的”指的是其主要成分是金屬的任何種類的材料或復(fù)合材料。同樣的，各種氧化物、氮化物和碳化合物，以及其他材料或復(fù)合材料，其包括的非金屬成分多于金屬成分，并不會被認為是“非金屬的”。在本發(fā)明中被認為特別有用的金屬包括有但并不限制于鋁、鎢、鉬、鉭、鋯、釩、鉻、銅和這些金屬之間的合金。
這里所提到的“陶瓷”指的是非鉆石、非金屬材料，其硬度高、抗熱性好、防腐蝕，并可被拋光至表面粗糙度(Ra)低于一微米。進一步地，這里提到的“陶瓷”可能包括至少一種選自于如下的群組鋁，硅，鋰，鋅和鎵。包括上述元素的氧化物、氮化物和各種復(fù)合物是在本領(lǐng)域中熟知的陶瓷。
其他在此提到的被認為是“陶瓷的”有玻璃，也是本領(lǐng)域熟知的。本發(fā)明中被認為特別有用的陶瓷是包括但并不限制有硅、氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氮化鈦、氮化鋯、砷化鎵、磷化鎵、鉭酸鋰、鈮酸鋰、氧化鋅以及比如鈉玻璃等的玻璃。
這里提到的“介面”指的是模具表面，或是暫時性模具或是其他傳遞該模具形狀的材料層，其上放置用于形成鉆石層或膜的材料。該材料包括鉆石或其他超硬顆粒，還有運用CVD技術(shù)來讓鉆石層形成的周邊材料，如鉆石成核促進物。該介面可為模具的自身表面或者也可包括來自于模具上材料薄層的外露表面，該材料薄層并不顯著地影響原模具表面的輪廓和粗糙度，并傳遞了這種外形結(jié)構(gòu)。這種薄層包括成核促進材料、壓電材料和其他可形成足夠薄的層以維持與原模具表面大致相同的表面材料。
這里所提到的模具“外表面”指的是模具上并不與鉆石層直接接觸的表面。
這里所提到“被動的”是指不能獨立維持自身形狀或強度的層面。例如，沒有模具或支撐層，這種被動的鉆石層就容易卷曲或變形。鑒于多方面原因，這種層面的被動特性還是需要的，其中一個原因就是這樣的層面可以做到極薄。
這里所提到的“成核促進物”指的是一種材料，使得一些通過CVD過程形成鉆石核的鉆石層可經(jīng)由該材料提高品質(zhì)。一方面，該成核促進物可以減少鉆石層的移動，或固定鉆石核。成核促進物包含有下述材料但并不限制于其中金屬及各種金屬復(fù)合物，如碳化物以及碳化材料。
這里提到的成核促進層和中間層中，所稱“薄”指的是層的厚度或深度足夠的小，這樣從介面外形到設(shè)備表面預(yù)定外形的傳輸不會受到大的干擾。有些情況，該成核促進層的厚度可能小于0.1微米。另一些情況，該厚度可能小于10納米。還有一些情況，該厚度可能小于5納米。
這里提到的“裝置表面”，指的是鉆石層的表面，該表面接觸半導(dǎo)體或其他電子設(shè)備。
這里提到的“鉆石層”指的是具有任何形狀結(jié)構(gòu)而可用于SOD裝置的鉆石材料。例如，一種鉆石膜部分或全部地覆蓋一表面就是意含于該術(shù)語中。又，如一個材料層，如金屬、合金或復(fù)合物，只要其中含有鉆石顆粒亦意含于該術(shù)語中。
這里提到的“包含鉆石的材料”指的是任何包括碳原子結(jié)合，且至少一部分碳結(jié)合呈sp3鍵的材料。該包括鉆石的材料可以包括但并不限制于天然的或人造的鉆石、多晶鉆石、類鉆碳、無晶形鉆石等。通常，本發(fā)明的鉆石層是由類鉆碳和/或無晶形鉆石所形成。
這里提到的“由氣相沉積的”指的是通過氣相沉積技術(shù)所形成的材料。
這里提到的“氣相沉積”指的是通過氣相將材料沉積在基層上的制程。氣相沉積包括但并限制于其中的任何制程化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)。各種氣相沉積的變化在很大范圍內(nèi)都是本領(lǐng)域所熟知的技術(shù)。氣相沉積方法的一些例子包括熱燈絲CVD、RF等離子CVD、雷射CVD(LCVD)、金屬-有機CVD(MOCVD)、濺鍍、蒸鍍PVD、離子化金屬PVD(IMPVD)、電子束PVD以及反應(yīng)性PVD等。
這里提到的“化學(xué)氣相沉積”或“CVD”指的是任何以化學(xué)方式在蒸汽中沉積鉆石或其他微粒至一表面上的方法。各種CVD技術(shù)都是本領(lǐng)域所熟知的。
這里提到的“CVD惰性材料”指的是用CVD方法無法將鉆石或其他材料大量地直接沉積于其上的材料。一種關(guān)于沉積鉆石的CVD惰性材料的例子就是銅。因為，在CVD制程中，碳不會沉積在銅上，而它只沉積在CVD活性材料上，比如硅、鉆石，或其他已知材料。然而，CVD惰性材料的惰性只是相對于某些材料而言，比如碳化物可以成功地大量沉積形成在銅上。
這里提到的“相反對應(yīng)”指的是鉆石裝置表面結(jié)構(gòu)和模具介面結(jié)構(gòu)的關(guān)系，當(dāng)這兩個表面于同一方向上的裝置表面結(jié)構(gòu)是來自于模具介面結(jié)構(gòu)。換句話說，當(dāng)裝置表面形成于模具介面上時，如果這兩個面分開后，同一方向的對向面的兩個面是相反對應(yīng)。在某些情況中，相反對應(yīng)會引起鏡像效果。
這提到的“成核邊界”、“成核表面”和類似術(shù)語可以交替使用，指的是在鉆石層的邊界或表面上的鉆石微粒成核地方。另外的描述是，鉆石層的成核表面是首先沉積在模具表面上的邊或面。在很多情況下，這種成核表面可能成為工具的裝置表面。
這里提到的“形成邊”、“形成的邊”和“形成面”可交替使用，指的是在CVD制程中所形成的超硬膜或?qū)拥拿妗?br> 這里提到的“Ra”指的是表面粗糙度，其是由峰和最鄰近的谷之間的高度差決定的。進一步地，“Rmax”表示的表面粗糙度是表面最高的峰和最低的谷之間的高度差決定的。
關(guān)于確定的特性和條件，“大體上”指的是偏差非常小，而不會對確定的特性和條件產(chǎn)生顯著的損害。在某些情況下，可以接受的偏差是由特定的環(huán)境決定。比如，一種原材料的某種成分大體上在某個特定范圍內(nèi)，在實驗中該成分和相關(guān)特性的誤差可能會達到百分之幾，比如1％到3％。
這里提到的濃度、數(shù)量和其他數(shù)字資料會以一個范圍的形式來表達。吾人應(yīng)知，這樣一個范圍形式僅僅是為了說明的方便和簡潔，應(yīng)當(dāng)彈性地解釋為不僅僅包括清楚列出的作為范圍限制的數(shù)值，也包括在這個范圍里單獨的數(shù)值以及包含范圍，即使它們沒有被清楚地表示出。
舉例說明，一個數(shù)值范圍為“包括大約1微米到大約5微米，應(yīng)被解釋為不僅僅包括清楚表示的大約1微米和大約5微米，還包括此范圍間單獨的數(shù)值和包含范圍。這樣包括在這個范圍里的有單獨的數(shù)值2、3、4和包含范圍比如1-3，2-4，3-5等。
這個原則也同樣應(yīng)用于只列舉了一個數(shù)值的范圍。比如“少于5微米”應(yīng)被解釋為0-5間的所有數(shù)值和包含范圍，也包括0微米。進一步地，這樣的解釋可延伸到任何寬度的范圍及特征。
發(fā)明請參見圖1，本發(fā)明的一實施例是一絕緣半導(dǎo)體(SOI)裝置200。一基層202用于提供SOI裝置的支撐和/或功能特性。多種材料可用作該基層材料。典型地，該基層可由滿足特定需求的指定材料所形成。如在某些實施例中，機械強度、熱膨脹、導(dǎo)熱性、電阻性等等都很重要。幾種適合的但非限制的基層材料包括鎢、硅、碳化硅、氮化硅、碳化鋇、氮化鈦、氮化硼、石墨、其他陶瓷、玻璃、鉬、鋯、鉭、鉻、氮化鋁、類鉆碳和上述的復(fù)合物。一個含鎢的基層可以提供特別好的機械支援和較低的熱膨脹。類似的，一個含硅的基層可以與各種結(jié)合的半導(dǎo)體裝置/產(chǎn)品高度相容。盡管很多材料都可以作為合適的基層，但最好是熱膨脹系數(shù)較低的材料。這是至少部分地考慮到減少基層和相鄰材料的鄰介面的熱膨脹力。如類鉆碳、硅、氮化鎵、砷化鎵等。
該基層202之上亦可以設(shè)有一被動鉆石層204。該被動鉆石層有一個遠離基層的裝置表面210。該被動鉆石層可包括含鉆石的材料。典型地，該被動層即如下提到與本發(fā)明相關(guān)，是用氣相沉積的方法所形成的。該被動層有多種使用于SOD裝置上的有利特性。通常該鉆石層的厚度是約10納米至約100微米，在某些情況下，約為100納米到約30微米。進一步地，對一些應(yīng)用而言，該鉆石層小于約10微米比較適合。在一個特定的實施例中，該鉆石層的厚度可從大約10納米到小于100微米的范圍內(nèi)。通常地，該被動的鉆石層厚度少于30微米可提供預(yù)期的絕緣效果，同時減少生產(chǎn)時間和成本。
另外需要考慮裝置表面210的表面粗糙度。更具體地，一個非常光滑的裝置表面可獲得多種的需求效果。一些考量包括有半導(dǎo)體的粘附、改善形成特征的結(jié)果，改善結(jié)合系數(shù)等。例如，這里所提到的方法和裝置主要是集中在SOD裝置，不包括在該裝置上以這里描述的方法的延伸或組合所形成的特征和半導(dǎo)體裝置。在各種裝置的形成過程中，光源的焦點深度會影響最小形體尺寸和解析度，如，行寬等，還會影響使用專門設(shè)備的可能性。焦點深度指的是一個圖像正好聚焦于晶片或基層表面的深度。如果在不同的深度，一個暴露的圖像就會聚焦較差或邊線不清楚。典型的焦點深度是1微米至2微米，盡管在此范圍以外也是已知的。此外，一個粗糙的表面會影響解析度，特別是粗糙度達到了所用設(shè)備的焦點深度。因此，只有暴露表面的粗糙度減小，才能獲得改善的解析度和裝置密度。換句話說，在某些情況下，表面粗糙度對裝置解析度和密度而言是一個限制因素。
根據(jù)本發(fā)明，表面粗糙度的顯著降低無需通過價格較貴的鉆石層或硅層的拋光來達到。關(guān)于這個方面，以下會更詳細地描述相關(guān)方法。因此，為了達到所欲結(jié)果的基本限制可是藉由設(shè)備的使用以取代晶片或外露材料。比如，裝置表面210的粗糙度(Ra)可在1納米至1微米間，更好是在1納米至大約20納米，并且最好是在1納米至大約10納米。
半導(dǎo)體層206可置于鉆石層204的裝置表面210，該半導(dǎo)體層可直接置于該裝置表面或通過另外一層間接置于裝置表面。該半導(dǎo)體層可為包括適合形成電子裝置、半導(dǎo)體裝置等的任何材料。大部分的半導(dǎo)體裝置是基于硅、鎵、銦及鍺。不過半導(dǎo)體層的合適材料還包括但非限制的有硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵、鍺、硫化鋅、磷化鎵、銻化鎵、鎵銦砷磷化物、鋁鎵砷化物、氮化鎵、氮化硼、氮化鋁、砷化銦、磷化銦、銻化銦、氮化銦和上述的復(fù)合物。在一個實施例中，半導(dǎo)體層可包括硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵、氮化鋁或以上材料的復(fù)合物。在某些另外的實施例中，無硅裝置可由砷化鎵、氮化鎵、鍺、氮化硼、氮化鋁、基于銦的材料和上述材料的復(fù)合物形成。其他可用的半導(dǎo)體材料尚包括Al2O3、BeO、W、Mo、c-Y2O3、c-(Y0.9La0.1)2O3、c-Al23O27N5、c-MgAl2O4、t-MgF2、石墨和以上的混合物。但是，現(xiàn)在大部分的半導(dǎo)體設(shè)備是基于硅材料的。
請參見圖2，半導(dǎo)體層206可以是通過一個中間層208結(jié)合于裝置表面210。該中間層有很多好處，比如但非限制的有改善熱膨脹匹配、提供較好的外延形成的晶格匹配、提供專門的電子特性、熱導(dǎo)性等等。中間層的一些合適材料的例子包括但非限制的有氮化鋁、氮化鉻、硅、碳化硅、氮化硅、碳化鎢、氮化鎵、氮化硼、W、Mo、Ta、Cr和上述材料的復(fù)合物或合金。在某些實施例中，該中間層可包括氮化鋁、氮化鉻、氮化硅、碳化鎢、氮化鎵以及上述的復(fù)合物。在另外一個實施例中，該中間層可以是如下群組中所選出的材料氮化鋁、氮化鉻、碳化鎢和上述材料的復(fù)合物?，F(xiàn)在中間層多用氮化鋁。氮化鋁對典型的半導(dǎo)體材料的外延形成很有好處。比如基于硅和鎵的材料，在氮化鋁上就益于晶格匹配。
選擇性地，選擇性的中間層可包含導(dǎo)電材料。合適的導(dǎo)電材料包括但非限制的有銅、鋁、鎢、鉭和以上材料的合金。這個選擇性的中間層使得半導(dǎo)體的正負極可設(shè)計在絕緣層的任何一面。
典型地，該中間層的厚度不會使被動層的外形和光滑程度有實質(zhì)性的變化。但是，有些變化還是會產(chǎn)生，通常的厚度從50納米到10微米，最好400納米到5微米，要看具體應(yīng)用和裝置。
請參見圖3A-3D，其顯示根據(jù)本發(fā)明制造SOD裝置的一種方法。圖3A中有一模具220，其具有一介面表面212，該介面相反對應(yīng)于SOD裝置的裝置表面210。在本發(fā)明方法中所使用的模具可為任何能夠進行氣相沉積和/或其他的層形成制程的材料，并且也能進行鉆石膜或其他中間層的形成。另外，這個模具也可設(shè)計為形成一個或多個SOD裝置，以獲得最終的SOD裝置。以下討論的概要，只要被動的鉆石層形成后，這個模具就可以全部或部分地移除。這個模具可包括幾乎所有的合適材料，在某些情況下，可包括一種適用于中間層或半導(dǎo)體層的材料。
盡管許多材料都可以用，該模具材料可包括鎢、硅、鈦、鉻、鋯、鉬、鉭、錳、這些金屬的碳化物、陶瓷和上述的復(fù)合物及合金。但是，在某種情況下，該模具可能是由金屬，或大部分為金屬的材料所制成。該金屬材料可選自于以下的群組，包括銅、鎢、鉬、鉭、鋯、釩和鉻。在另一個實施例中，該模具是由非金屬，或大部分為非金屬所制成，如碳化物和陶瓷，包括玻璃、氧化物、氮化物材料。碳化物材料的例子包括但非限制的有碳化鎢(WC)，碳化硅(SiC)，碳化鈦(TiC)，碳化鋯(ZrC)以及上述的混合材料。氧化物的例子包括但非限制的有石英(如二氧化硅結(jié)晶)、鉆砂或藍寶石(如氧化鋁)、LiTaO3、LiNbO3、ZnO以及上述材料的混合材料。氮化物材料的例子包括但非限制的有氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)、氮化鈦(TiN)、氮化鋯(ZrN)以及上述的混合材料。玻璃的例子包括如蘇打玻璃等所有種類的玻璃。選擇性地，該模具材料也可包括上述適合于半導(dǎo)體或中間層的材料。
該模具可被拋光以形成一極為光滑的介面表面212。拋光模具介面可使用本領(lǐng)域所熟知技術(shù)的各種方法。但是，在拋光步驟中，微米或納米級鉆石微粒的應(yīng)用可提供很好的成核促進層以氣相沉積鉆石。該介面粗糙度可對應(yīng)于裝置表面210的粗糙度來進行拋光。確信的非金屬材料，比如以上列舉的碳化物和陶瓷材料，由于它們的硬度和能夠到達到表面光滑程度，在本發(fā)明中特別適合作為模具材料。當(dāng)制造一個需要光滑裝置表面的SOD裝置時，一個光滑的介面就尤為重要。在很多情況中，陶瓷材料的介面拋光達到表面粗糙度小于10微米。在另一些情況中，表面粗糙度可以小于5微米?；谘b置而言，表面粗糙度小于1微米的可以提供比較好的結(jié)果。在某些情況下，一個非常光滑的介面可是非常理想的，表面粗糙度可能會小于20納米。隨著行寬解析度的降低，表面粗糙度小于1納米在提供改良的曝光解析度和圖像敏度時是很有好處的。進行介面拋光以達到這樣的光滑程度有許多方法，比如利用鉆石或納米級的鉆砂或鉆石漿，或其他鉆石工具，這些都是本領(lǐng)域熟知的技術(shù)。
請參見圖3A，被動鉆石層204可通過氣相沉積技術(shù)形成于模具220上，任何已知的氣相沉積技術(shù)都可以形成該被動鉆石層。如果是為了獲得相似的特性和結(jié)果，類似的方法都可以用，不過最常見的氣相沉積技術(shù)是包括CVD和PVD。當(dāng)前最好的鉆石形成方法是CVD技術(shù)，如熱燈絲、微波等離子、氧炔焰和直流電弧技術(shù)。在該技術(shù)中用到的反應(yīng)性氣體可是任何在本領(lǐng)域內(nèi)熟知的，可以利用CVD技術(shù)安全地完成鉆石層的制作。不過有些情況，該應(yīng)用于CVD技術(shù)的氣體是甲烷和氫氣的組合。被動鉆石層的厚度如上所述，不過有某些情況中，可形成稍厚的鉆石層，這樣形成面可細致地進行拋光以達到所期望的厚度。
一個可選的成核促進層可形成于介面上以改善鉆石的品質(zhì)和沉積時間。特別地，該鉆石層裝置表面可由適何的核沉積而形成，如鉆石核沉積于模具的表面，然后運用氣相沉積技術(shù)形成膜或?qū)印ｋm然陶瓷或其他非金屬材料能夠達到這樣光滑的表面，這些材料如氧化物，但是它們無法將鉆石成核并很好地保持它原來的位置。因此，為了克服這樣的缺陷，在本發(fā)明的一種情況中，在模具的介面上應(yīng)使用一種很薄的成核促進層。鉆石核是置于該成核促進層上，這樣鉆石層的形成就可以通過上述的CVD技術(shù)。
在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員看來，很多材料都可以制作成核促進層。本發(fā)明的一種情況中，該成核促進層可選自于下述群組，包含金屬、金屬合金、金屬復(fù)合物、碳化物、碳化物形成元素以及上述材料的混合物。碳化物形成元素材料包括但非限制的有鎢(W)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、硅(Si)及錳(Mn)。另外碳化物的例子包括碳化鎢(WC)，碳化硅(SiC)，碳化鈦(TiC)，碳化鋯(ZrC)及以上的混合物。
該應(yīng)用的成核促進層足夠薄，不會影響介面的構(gòu)造傳遞至裝置表面。在一種情況中，該成核促進層的的厚度可能會小于0.1微米。在另一種情況中，該成核促進層的厚度可能小于10納米，在另一種情況中，該成核促進層的厚度可能小于5納米。在本發(fā)明還有一種情況中，該成核促進層的厚度小于3納米。
因為該鉆石層的成核表面可為工具的裝置表面，應(yīng)該注意確保該表面達到盡可能高的品質(zhì)和完整性。在氣相沉積過程中可能會得到不同的品質(zhì)級別，可分別應(yīng)用于制造的特定裝置。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員易知在不同的條件和技術(shù)下便會得到相應(yīng)的品質(zhì)級別，而且不需過度的實驗便可得到各種品質(zhì)級別。
由氣相沉積形成的鉆石層的成核表面，可通過多種方法來提高鉆石的品質(zhì)。如鉆石微粒品質(zhì)可通過減少甲烷的流量來提高，以及在早期的鉆石沉積過程中增加總氣壓。這樣的方式減少了碳的分解率，使氫原子更集中。這樣顯著提高了碳以SP3鍵形式的沉積百分比，也就提高了鉆石核的形成品質(zhì)。另外，沉積于模具介面或沉積于成核促進層的鉆石微粒的成核率也可能提高以減少鉆石微粒的間隙。增加成核率的方法包括但非限制的有在模具的鉆石介面加以適當(dāng)?shù)呢撈珘海ǔ＜s100V；用上等的鉆石膏或鉆砂來拋光模具的鉆石表面，這些膏或砂可能部分地留在介面上；利用PVD或PECVD技術(shù)，通過碳、硅、鉻、錳、鈦、釩、鋯、鎢、鉬、鉭等的離子注入來控制鉆石介面的成分。PVD制程通常是在比CVD制程更低的溫度下進行，在有些情況下低于200℃，比如150℃。其他增加鉆石成核的方法對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。
當(dāng)需要極光滑的表面時，用鉆砂或鉆石膏拋光特別有用。較好的鉆石膏用來拋光表面時，許多鉆石微粒會嵌入鉆石介面以作為增加成核率的種子。已知某些金屬，比如鐵、鎳、鈷和它們的合金，在高溫下能夠促進鉆石變成無晶形碳或石墨(如高于700℃)。這樣，通過限制模具介面上的這種成分含量，鉆石轉(zhuǎn)變?yōu)槭牧烤痛鬄闇p少，并且成核表面的總品質(zhì)也提高了。
本發(fā)明更詳細的一個方面是，模具介面可通過微痕蝕刻來增強成核。微痕蝕刻的一種方法就是將模具沉浸在懸浮有微米級鉆石微粒的丙酮中。然后提供模具或流體超音波能量。將模具由超音波浴移走后，一部分的微米級鉆石會留在表面上作為形成鉆石的種子。
本發(fā)明另一個詳細的方面就是在模具上施加較強負偏壓的電流來選擇性地增強成核。大約120V的電壓可將成核密度增加到百萬倍.
一種情況中，碳化鎢可用作模具的材料，包括其上的鉆石介面。通過限制其中所含的鈷黏結(jié)劑的量在低于4％w/w，鉆石的催化作用的發(fā)生率就會顯著減少。進一步發(fā)現(xiàn)，無黏結(jié)劑的碳化鎢可顯著降低鉆石催化。另外，發(fā)現(xiàn)用非常好的或次微米級的碳化鎢顆?？芍瞥煞浅９饣你@石介面以增加鉆石的成核率。另外，介面的光滑表面結(jié)構(gòu)會傳遞到鉆石層的裝置表面。
請再參看圖3A，裝置表面210可在模具介面表面212上制成，其上形成鉆石層204。隨著鉆石層的形成，該形成介面開始變得越來越粗糙。當(dāng)CVD制程完成后，形成面222仍然處于外露狀態(tài)，和裝置表面相比也很粗糙。正如上面提到的，該被動層是不能自我支撐的，如果模具移走只留下鉆石層，該層便會卷曲或變形，導(dǎo)致表面無法在SOD裝置使用。典型地，該被動層的厚度少于30微米，如在5微米到20微米間，盡管其他厚度可能也可適于特定的應(yīng)用。
圖3B例舉了本發(fā)明的一個實施例，為了防止被動層的變形，在移去模具220之前，在形成面222上增加一基層214，或是部分覆蓋以防止該被動層的卷曲。本發(fā)明的一種情況，是將基層用焊接的方法置于形成面上。多種焊接合金都可以適用，最好的是銅焊合金，包括碳化物形成元素，如鈦、鉻、硅、鋯、錳和以上的混合物。幾種典型的銅焊合金包括Ag-Cu-Ti、Ag-Cu-Sn-Ti、Ni-Cr-B-Si、Ni-Cu-Zr-Ti、Cu-Mn和以上的混合物。該銅焊合金可以任何已知的方式提供，如粉狀或薄片。典型的焊接溫度在1000℃以下，如900℃左右。
進一步地，基層最好包括一種相對于鉆石而言具有熱膨脹性質(zhì)的材料，在焊接溫度冷卻下來時，可防止損害被動層。在鉆石層粗糙的形成面上焊接具有另外的好處就是提高鉆石層和基層的焊接強度。
在本發(fā)明的一些實施例中，需要用非碳化物形成的材料作模具。比如，當(dāng)模具是非碳化物形成材料如銅，鉆石層就會在模具冷卻后與模具分離。焊接片在冷卻前后都可置于被動鉆石層的形成面上。隨后，基層置于該焊接片上并加熱壓緊，也可在真空下進行，這樣可以將鉆石層焊接到基層上。在這個實施例中，鉆石層沒有固定在模具上，可被輕松地移走。
選擇性地，該被動鉆石層的裝置表面貼靠于一壓緊面，該壓緊面上可覆蓋一層防止該壓緊面與鉆石層粘合的材料，如氮化硼氣溶膠。仔細地攤平卷曲的鉆石層，將銅箔放在該被動鉆石層的形成面上，然后將基層壓在銅箔上，然后如上所述進行銅焊。放入基層后，便可移去模具而不破壞該被動鉆石層。該鉆石的裝置表面可拋光以去除殘留的石墨鍵，不過倒不一定要非常光滑。這樣的拋光是很微小的，可在埃這樣的級別，有時也會是納米級，而不會是微米級。
另外，該基層可在結(jié)合半導(dǎo)體層的前后設(shè)置到形成面上。典型地，該基層是在半導(dǎo)體層結(jié)合前設(shè)置。不過，如果模具是用來形成中間層或半導(dǎo)體層的，該基層可在半導(dǎo)體層或裝置形成之后再結(jié)合到形成面上。各個層的形成順序的選擇基礎(chǔ)是基于便利、層的強度以及預(yù)留的設(shè)備規(guī)劃等。
在一種情況，復(fù)數(shù)的鉆石層可通過氣相沉積技術(shù)在模具中層層疊加，或是在初始的鉆石層形成后且由模具移走并形成所需厚度的鞏固層后再形成。該鉆石層可能在初始的膜沉積后會增厚，運用的是非蒸氣技術(shù)，其在鉆石制造和合并領(lǐng)域是已知技術(shù)。本發(fā)明的另一種情況，當(dāng)初始的鉆石層還在模具中時，或在去除模具后(比如溶解在酸或KOH中)，有可能發(fā)生增厚的情況，。
在特定的實施例中，可去除整個模具或僅去除一部分。圖3C例舉的實施例中，整個模具都被去除以外露被動鉆石層204的裝置表面210。該模具及/或選擇地成核促進層可從鉆石層分離，該分離手段是適合于去除制造模具和成核促進層的材料者。在本發(fā)明的一種情況，該模具可用化學(xué)手段從鉆石上分離，如通過酸或堿溶液溶解，如KOH或等離子腐蝕。在另一種情況，該模具可用物理手段從鉆石上分離，如噴砂處理或機械拋光。還有一種去除模具的方式是加熱或致冷，比如用熔爐熔解模具或液態(tài)氮來冰凍然后粉碎模具。進一步地，通過加熱或致冷使模具與鉆石層分離是由于模具材料和鉆石材料的熱膨脹特性有所不同。
根據(jù)圖3D的實施例。半導(dǎo)體層206可結(jié)合在被動鉆石層204的裝置表面210上，該半導(dǎo)體層可包括任何之前提到的材料或任何適合于制造特定裝置的材料。本發(fā)明的另一種情況，該半導(dǎo)體材料可由單一的晶錠獲得以控制結(jié)晶方向、減少晶體缺陷，并提供高機電性能的結(jié)合系數(shù)。該晶錠可從熔化的液體中得到而非氣相。這樣的晶錠比氣相沉積形成的晶體的缺陷少，也消除了關(guān)于包括鉆石的材料上半導(dǎo)體層的外延生長的棘手問題。
進一步地，在去除模具和如果使用到的成核促進層后，在外露的裝置表面上可形成其他的裝置?？捎帽景l(fā)明制造的裝置可以是任何種類的，只要它能結(jié)合鉆石成為絕緣層。本發(fā)明的SOD裝置可結(jié)合各種電子裝置例如但非限制的有邏輯晶片、存儲記憶體、如藍色LED的發(fā)光二極管、微波發(fā)生器和其他的半導(dǎo)體裝置。本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解本發(fā)明的SOD裝置潛在的優(yōu)點和這樣的裝置結(jié)合到其他各種裝置(如上所述或是半導(dǎo)體裝置)的方法。在很多需要光滑表面的應(yīng)用中，一個很大的優(yōu)點是，因為在去除模具后，幾乎不需要加工設(shè)備表面，因此顯著地減少或根本沒有通過加工產(chǎn)生的變化、微裂紋或裂縫。這樣極大地提高了最終產(chǎn)品的品質(zhì)。進一步地，半導(dǎo)體裝置或部件可以與上述的步驟同時形成在半導(dǎo)體層上，或根據(jù)已知的半導(dǎo)體制造技術(shù)在單獨的步驟中形成。
另外一種方式是，模具本身也可作為基層。在這種情況下，在結(jié)合半導(dǎo)層之前，形成面需要先進行拋光。
圖4A到4C例舉了另外一個實施例，其中至少一部分模具是留下以形成SOD裝置層。圖4A例舉了一被動鉆石層204形成在模具220的裝置表面212。一基層214可依先前的方式形成或結(jié)合?；蛘?，基層可在一部分模具去除后再結(jié)合。
圖4B中，該模具220可薄至一定的厚度，如圖中的線218所示的厚度。圖4C顯示了在去掉部份模具之后的SOD裝置。在這樣的情況下，留下的模具就成為最后成品的一個完整部分。為了在這個條件下完成產(chǎn)品，如果在鉆石層的制造前沒有進行過這樣的工作，有的情況下需要將模具的表面進行拋光或塑形以提供一個所需的表面結(jié)構(gòu)或厚度。薄化模具的方法有磨削、拋光或化學(xué)蝕刻至所需厚度。
在一種情況下，原來模具可為任何厚度或表面構(gòu)造，以制造特定的設(shè)備。該預(yù)定的厚度可大于1毫米，或在有些情況下可大于5毫米。有另外一種情況下，該模具的表面可拋光或塑形以獲得一個制造特定裝置的表面構(gòu)造。進一步的情況，該模具可拋光或塑形成為厚度小于1微米的層。在另外一種情況，該厚度可小于0.1微米。
在一個實施例中，該模具可包括一適合用于半導(dǎo)體層的材料，在這種情況下，形成被動鉆石層和結(jié)合半導(dǎo)體層的步驟是同時的，如半導(dǎo)體層是形成于模具之外。既適合模具亦可作為半導(dǎo)體層的材料包括但非限制的有硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵、氮化鋁以及以上的復(fù)合物。
在另一個實施例中，可通過提供一些合適材料的模具來作為中間層，然后在結(jié)合半導(dǎo)體之前去除一部分的模具。選擇性地，也可在模具移去之后形成中間層。
另外，可部分地去除模具以外露至少一部分的裝置表面。典型地，可在去除部分模具后再設(shè)置基層以提供機械支撐。不過如果只去除部分的模具，模具剩下部分的材料可對隨后結(jié)合的基層提供足夠的支撐。在較簡便地處理或其他原因，如單一過程中形成多個裝置，就需要用到如上的方式。通過該半導(dǎo)體層至少形成于裝置表面的外露部分，該半導(dǎo)體層可結(jié)合于裝置表面?；蛘?，一中間層可形成于裝置表面的外露部分，然后半導(dǎo)體層形成于該中間層上。在這樣的實施例中，該半導(dǎo)體和/或中間層可通過氣相沉積、銅焊、膠粘或其他已知的方法形成。較佳地，這些層可通過氣相沉積形成。
某些SOD裝置是利用一層中間材料。在本發(fā)明的一個方面，一薄的中間層可接觸置于鉆石層的光滑裝置表面。在本發(fā)明的一個實施例中，一中間層可在鉆石層形成之前置于介面表面上。在這樣的實例中，該中間層可包括適合成核和其上形成鉆石的材料，其也可以通過上述提到的成核促進層促進形成。通過沉積一薄層材料，該模具輪廓和光滑表面保留在該薄層上。該模具，或模具的一部分，可在形成該被動鉆石層和/或在形成面上結(jié)合基層后再去除。
或者，中間層可在模具移走后，結(jié)合于鉆石層的裝置表面。典型地，該中間層可通過濺鍍形成于鉆石層或其他的裝置表面。通過氣相技術(shù)沉積材料到鉆石表面在本領(lǐng)域中是熟知技術(shù)，比如CVD、PVD或濺鍍在加熱的基層上。隨后的熱處理可用來制造特定的晶體和點陣結(jié)構(gòu)，它們可用于特定的實施例中。
在本發(fā)明的一個替換實施例中，可使用一個具有實際厚度的單晶體。典型的單晶體可形成晶錠，其可切割下來用于各種設(shè)備。另外，在本發(fā)明的一種情況，單晶體可選擇性地覆蓋上碳化物形成元素。
但是，根據(jù)本發(fā)明的一種情況，這些單晶體可通過一種極薄的連接材料層連接到鉆石層的裝置表面。在連接到裝置表面前，該單晶體首先要拋光至非常光滑，其表面粗糙度和相應(yīng)的裝置表面有對應(yīng)性。該表面粗糙度是依賴于所欲的最終產(chǎn)品。但在有些情況，表面粗糙度是小于1納米的，較佳地是小于5埃，是最合適的。之后，該極薄的連接材料層可通過在裝置表面或是光滑的半成品表面形成連接材料層，然后將這兩個面一起壓緊以減少連接層的厚度至小于1微米，最好是小于10納米(即只有幾個分子那么厚)。該連接材料可包括一如環(huán)氧樹脂的有機粘接劑或活性金屬如鈦、硅、鋯、鉻、鉬、鎢、錳或以上的混合物。在活性金屬的情況下，該金屬可濺渡于裝置表面或光滑的半成品表面，然后在加熱及真空條件下緊壓于另一面。在厚度極薄時，該連接材料在較高溫度下就更穩(wěn)定。比如，典型的環(huán)氧樹脂薄層無論其在更高溫度下有多牢固，在溫度高于200℃左右時，它是沒有效力的。進一步地，SOD裝置在機械應(yīng)用中不需要同樣級別的強度。因此，這些連接材料的薄層對SOD裝置而言是很適合的。該連接的半成品可通過碾磨和拋光來獲得所需的厚度，例如在SOD裝置中小于2微米。
或者，本發(fā)明的SOD裝置可通過如下方法形成提供一具有介面表面的模具，在介面表面上用氣相沉積形成被動鉆石層。一半導(dǎo)體層可直接連接到被動鉆石層的形成面。該模具可去除、可削薄或留下作為基層。另外，一中間層可形成在形成面上。該半導(dǎo)體層可形成在該中間層上。選擇性地，該鉆石層的形成面可在半導(dǎo)體層結(jié)合前進行拋光。
本發(fā)明為了大量地制造SOD裝置，模具可為足夠尺寸的晶片先驅(qū)物以在該單一的晶片上制造復(fù)數(shù)SOD裝置。當(dāng)被動鉆石層形成、該半導(dǎo)體層亦形成且基層亦設(shè)置后，該較大的晶片先驅(qū)物可被分割成為單獨的SOD裝置。通常，鉆石層的熱膨脹系數(shù)和模具是不同的而會導(dǎo)致層的分離。如果只是幾毫米的差異并不是問題，不過經(jīng)濟型地大量生產(chǎn)下，通常會要求這樣的裝置形成在晶片上，然后從晶片上切割下來。另外，晶片尺寸通常是6英時，較新的生產(chǎn)制程利用的晶片尺寸在8-12英時。隨著晶片尺寸的增大，熱膨脹差異所導(dǎo)致的問題會更大。
因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在模具的介面表面上可形成一些小的凹槽。這些凹槽會形成柵格，細分的每一格的表面就對應(yīng)于一個SOD裝置。該凹槽可通過蝕刻、切削或其他已知方式形成。鉆石或中間層沉積于其上時，該凹槽可固定模具并隔離每個柵格的熱膨脹。這樣當(dāng)模具在氣相沉積制程后冷卻下來，模具的收縮就受到凹槽中所沉積鉆石的限制。例如，一單晶體壓電LiNdO3模具從結(jié)晶方向900℃冷卻下來，其熱收縮是鉆石的5倍。
這些凹槽可為任何深度及寬度，一現(xiàn)有實施例的凹槽的寬度和深度在1微米到10微米之間，最好是5微米左右。任何合適的方法都可用來形成這些凹槽，如鉆石劃線器、化學(xué)蝕刻等。用這個方法的好處是當(dāng)部分地去除模具時(并結(jié)合于最終裝置)，盡管這并不是必需的，凹槽的深度可對應(yīng)于半導(dǎo)體層或中間層的厚度。如該模具是由合適的半導(dǎo)體材料制成，之后將基層設(shè)置到鉆石層的形成面，該模具可進行拋光直至凹槽中的鉆石外露。在本實施例中，留下的模具材料被用在最終產(chǎn)品中。
進一步地，外露的鉆石級別可通過拋光表面時電阻的上升來探測(鉆石是絕緣的)。該電阻可在整個晶片兩端進行測量，以保持大體上相同的厚度。這樣，如果晶片一端的電阻不成比例地增加，晶片的另一端就要增加拋光和外露率。指導(dǎo)性地，凹槽深度的統(tǒng)一有助于確保橫跨整個晶片先驅(qū)物的半導(dǎo)體層的厚度相同。其他組成可連接到該半導(dǎo)體層材料上，然后鋪上最后的封裝材料。最終裝置可通過已知技術(shù)切割分離以得到最終裝置，其可結(jié)合各種產(chǎn)品。盡管尺寸可以不同，SOD裝置尺寸通常為總厚度在0.5毫米，其中半導(dǎo)體層和鉆石層大約30微米。
本發(fā)明的另一種變化是利用陶瓷模具上的凹槽，一種CVD鉆石惰性材料是沉積在該凹槽中。合適的CVD惰性材料包括任何鉆石無法在CVD條件下形成的材料，如銅、銀、氧化硅、氧化鋁、氮化硼、石墨和以上的混合物。銅是現(xiàn)在最好的CVD鉆石惰性材料。在CVD制程中，鉆石會在介面表面上形成，但不會在CVD惰性材料上形成。當(dāng)SOD裝置完成后，CVD惰性材料可通過酸溶解或機械外力去除。本發(fā)明的改變使得單獨的裝置從晶片先驅(qū)物分離的成本因為不需要切割鉆石而降低。另一種實施方式中，CVD惰性材料置于對應(yīng)單獨的SOD裝置的模型中以取代在模具表面所開設(shè)的凹槽。
實施例實施例1將一直徑為100毫米、厚度為0.6毫米的硅晶片拋光至表面光滑度低于1微米。該拋光表面之后用鉆石劃線器沿著格線劃下約2微米深的劃痕。然后將該硅晶片放置于含有丙酮和分散的微米級鉆石微粒的超音波浴中。處理后，硅晶片的拋光表面上會有一微米級的鉆石微粒的薄層。然后將該硅晶片置于一熱燈絲CVD系統(tǒng)，該系統(tǒng)氣氛為1％的甲烷及氫平衡在40托耳。在這樣的條件下持續(xù)30小時左右，在此制程中，會沉積厚度為30微米的鉆石膜。然后將覆蓋鉆石的硅晶片從CVD系統(tǒng)中移走。將一100毫米直徑和0.5毫米厚度的鎢碟片通過NICROBRAZLM焊接在鉆石的形成邊上，在1005℃，10-5托耳的真空下保持12分鐘。之后將該硅基層以劃痕中的鉆石為引導(dǎo)削薄到1微米的厚度以保持切削的均勻性。在鉆石晶片上的硅可進一步進行處理以形成各種的半導(dǎo)體設(shè)備。
實施例2和實施例1的制程相同，只是鎢碟片由PVD濺鍍鎢替代。
實施例3將一直徑為100毫米、厚度為0.6毫米的硅晶片拋光至表面厚度低于1微米。然后將該硅晶片放置于含丙酮和分散的微米級鉆石微粒的超音波浴中。這樣硅晶片的拋光表面上會有一微米級的鉆石微粒的薄層。然后將該硅晶片置于一熱燈絲CVD系統(tǒng)，該系統(tǒng)中氣氛為1％的甲烷及氫平衡在40托耳。在這樣的條件下持續(xù)30小時左右，在此制程中，會沉積厚度為30微米的鉆石膜。然后覆蓋鉆石的硅晶片從CVD系統(tǒng)中移走。將一100毫米直徑和0.5毫米厚度的鎢碟片通過NICROBRAZLM焊接在鉆石的形成邊上，在1005℃、10-5托耳的真空下保持12分鐘。該硅基層之后通過溶解在熱濃縮的氫氧化鈉溶液中完全去除。將外露的鉆石表面進行輕度拋光，然后用PVD技術(shù)沉積1微米厚的氮化鋁層。該CVD制程包括在真空環(huán)境氮氣中的鋁靶材。沉積的氮化鋁與底面(0002)優(yōu)先結(jié)合，即平行于硅表面。氮化鎵的半導(dǎo)體層沉積其上以形成SOD裝置。該SOD晶片可進一步處理以形成各種的半導(dǎo)體裝置。
實施例4與實施例3的制程相同，只是以單晶硅沉積于氮化鋁中間層上而代替氮化鎵層。
實施例5與實施例1的制程同樣，只是硅晶片由砷化鎵晶片替代。進一步地，將相同尺寸的硅晶片焊接到CVD鉆石上。然后將砷化鎵層進行拋光至厚度大約5微米。
當(dāng)然，吾人應(yīng)知上述的方法只是本發(fā)明原則應(yīng)用的舉例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在不違背本發(fā)明的精神、不超越本發(fā)明的范圍下作出各種改善和替換，如下的權(quán)利要求
用以涵蓋這樣的改善和方法。如上關(guān)于對本發(fā)明的特殊性和細節(jié)的描述與目前認為是最實用和最優(yōu)的實施方式、改善對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的，包括但非限制的有尺寸變化、材料、形狀、形式、功能和操作方法、裝配和應(yīng)用都可以在不違背這里所述的原則和概念下進行改變。
權(quán)利要求
1.一種鉆石底半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括a)一基層；b)一設(shè)置于基層上的被動鉆石層，其具有一遠離基層的裝置表面；c)一半導(dǎo)體層，是結(jié)合于該鉆石層的設(shè)備表面。
2.如權(quán)利要求
1所述的鉆石底半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中所述的半導(dǎo)體層是通過一中間層結(jié)合于鉆石層的裝置表面，該中間層的材料是選自以下群組氮化鋁、氮化鉻、硅、碳化硅、氮化硅、碳化鎢、氮化鎵、氮化硼、類鉆碳、鎢、鉬、鉭、鉻和以上的復(fù)合物或合金。
3.如權(quán)利要求
1所述的鉆石底半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中所述的半導(dǎo)體層是直接結(jié)合于鉆石層的裝置表面。
4.如權(quán)利要求
1所述的鉆石底半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中所述的鉆石層的厚度在0.1微米到30微米之間。
5.如權(quán)利要求
1所述的鉆石底半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中基層材料是選自以下群組鎢、硅、碳化硅、氮化硅、碳化鈦、氮化鈦、氮化硼、石墨、陶瓷、玻璃、鉬、鋯、鉭、鉻、氮化鋁、類鉆碳和如上的復(fù)合物。
6.如權(quán)利要求
1所述的鉆石底半導(dǎo)體裝置，其特征在于其中該裝置是發(fā)光二極管。
7.一種制造鉆石底半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于包括如下步驟a)提供一模具，其具有一介面表面相反匹配于鉆石底半導(dǎo)體裝置的裝置表面構(gòu)造；b)在模具上運用氣相沉積技術(shù)形成一被動鉆石層，該被動鉆石層相對于該裝置表面具有一形成面；c)去除至少一部分模具；和d)在該被動鉆石層的裝置表面結(jié)合一半導(dǎo)體層。
8.如權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于其中該模具是選自于以下的群組鎢、硅、鈦、鋯、鉬、鉭、錳和以上的復(fù)合物或合金。
9.如權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于其進一步包括薄化模具的步驟。
10.如權(quán)利要求
9所述的方法，其特征在于其中薄化模具的步驟是形成半導(dǎo)體層。
11.如權(quán)利要求
9所述的方法，其特征在于其中薄化模具的步驟是形成中間層。
12.如權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于其中去除模具的步驟包括外露至少一部分裝置表面。
13.如權(quán)利要求
12所述的方法，其特征在于其中結(jié)合半導(dǎo)體層的步驟是通過至少在裝置表面的外露部分形成半導(dǎo)體層來完成的。
14.如權(quán)利要求
12所述的方法，其特征在于其中結(jié)合半導(dǎo)體層的步驟是通過至少在裝置表面的外露部分形成一中間層，然后在中間層上形成半導(dǎo)體層來完成。
15.如權(quán)利要求
9或12所述的方法，其特征在于其進一步包括在形成被動鉆石層之前，在模具介面表面形成中間層的步驟。
16.如權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于其進一步包括在被動鉆石層的形成面上結(jié)合一基層的步驟。
17.如權(quán)利要求
16所述的方法，其特征在于其中在被動鉆石層的形成面上結(jié)合一基層是通過用含碳元素介質(zhì)的銅焊合金進行焊接來完成。
18.如權(quán)利要求
1或7所述的方法，其特征在于其中該裝置表面的表面粗糙度在1納米到1微米間。
19.如權(quán)利要求
18所述的方法，其特征在于其中該表面粗糙度小于10納米。
20.如權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于其中該被動鉆石層的厚度小于30微米。
專利摘要
本發(fā)明提供一種鉆石底半導(dǎo)體裝置(200)及其形成方法，是提供一具有一介面表面(212)相反匹配鉆石層(204)的裝置表面(210)構(gòu)造的模具(220)，之后將一被動鉆石層(204)沉積于模具(220)的鉆石介面表面(212)上，一基層(202)結(jié)合于該被動鉆石層(204)的形成面(222)上，至少去除一部分模具(220)來外露鉆石的裝置表面(210)，其與模具鉆石介面表面的構(gòu)造是相反對應(yīng)，該模具(220)可由合適的半導(dǎo)體材料形成，其進一步削薄以制造最終裝置，選擇性地，該半導(dǎo)體材料可在去除模具(220)后結(jié)合至該鉆石層(204)。
文檔編號H01L29/16GK1993802SQ200580023409
公開日2007年7月4日 申請日期2005年5月12日
發(fā)明者宋健民 申請人:宋健民導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan